一種用于鋁合金的錳添加劑及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于鋁合金的添加劑領域，具體涉及一種用于鋁合金的錳添加劑及其制備 方法。
【背景技術】
[0002] 隨著鋁加工及鋁合金工業不斷發展，鋁合金的研制被列為重點發展的技術，合金 化是鋁合金生產工藝流程中重要的一環，而合金添加元素在熔融鋁中的熔解是合金化的重 要過程。
[0003] 目前，合金添加元素通常有銅、硅、鎂、鋅、錳、鐵、鉻等。實施時，鋁合金熔鑄的溫度 通常為710-750°c，對于低熔點或熔解度大的合金元素如硅鎂、銅等直接以單質金屬粉末的 形式加入鋁液中即可熔解，但對于錳、鐵、鉻等高熔點或溶解度小的合金元素，由于與鋁的 熔點差距較大，若將其以單質的形式加入到鋁液中熔解，則溶解爐的溫度需達到l〇〇〇°C以 上，而這樣又會造成鋁液的汽化，且溶解爐內的鋁液易與周圍的氧氣、氫氣、水等發生化學 反應，形成難以去除的雜質，導致鋁合金性能的偏差過大，不符合鋁合金性能的要求，從而 導致鋁合金的報廢，造成浪費；另外，將溶解爐升溫至1000°C以上需耗費更多的能量，且升 溫時間長，從而導致成本高、效率低。
[0004] 為了避免上述不足，人們采用中間合金熔解的方式來降低合金元素熔解時所需 要的溫度，然而，為了保證低溫熔解，中間合金中合金元素的比例就不易過大，現有的中間 合金的合金元素的含量大致占中間合金的20%左右，對于制造錳含量為1. 5%的錳鋁合金 時，需要向20噸的鋁液中加入大概1. 62噸的中間合金。由于投入的中間合金較多，一次投 入的量大，則鋁液的溫度就會降低，從而無法熔解所有的中間合金；因此需要分多次進行投 放，且為了保證每次投放的中間合金均能夠完全熔解，則每次投放的質量不能過多；由于是 多次投放，因此整個熔解時間就會較長，而鋁液長時間與大氣中的氧氣、氫氣、水蒸氣等其 他物質發生反應生成的雜質增多，導致鋁合金的品質降低，且整個過程耗能高、效率低。 [0005]目前，為了解決上述問題，人們已經想到將金屬猛、鐵、鉻等粉碎，再于其中添加助 熔劑，并將其制成固定形狀，即錳添加劑、鐵添加劑和鉻添加劑。當將錳添加劑、鐵添加劑、 鉻添加劑投入到溶解爐中時，助熔劑在鋁液中迅速發生爆炸式反應，并放出大量的熱量，該 大量的熱量能使錳、鐵、鉻的溫度迅速上升至其分別的熔解溫度，從而實現熔解。然而，現有 的錳添加劑、鐵添加劑、鉻添加劑都需要大量的助熔劑才能實現在710-750°C下將猛、鐵、鉻 熔解，使得錳添加劑、鐵添加劑和鉻添加劑中的有效元素含量較低，即將錳添加劑、鐵添加 劑、鉻添加劑投入鋁液中時，引入的雜質元素較多，使得鋁合金質量差。特別地，現有錳添加 劑中猛元素的含量通常只能達到85%。
[0006] 其次，現有錳添加劑在制作過程中，若錳粉過細，則會因為其表面能大、吸附較多 的氧而燒損，從而導致錳的回收率（即錳的熔解率）低，進而導致鋁合金中錳元素含量不 準，使得鋁合金的質量差；若錳粉過粗，則會因為錳粉內部至表面的距離長、錳粉內部升溫 慢而使得錳添加劑熔解溫度高、熔解速率慢，現有錳添加劑熔解于鋁液中時，其熔解溫度為 710-750°C，15min時達到最高錳回收率（即錳的熔解率）80%。因此，現有錳添加劑的錳粉 粒度分布需控制為60目以上的小于5%、325目以下的小于5%，其粒度分布集中。然而，粒 度分布集中的錳粉生產難度大，在生產過程中需耗費較大的人力、物力來嚴格把控工藝參 數，且在粉碎過篩過程中，需進行多次粉碎、多次過篩、多次分析檢測，因為過篩后的大粒徑 粉末需再次粉碎、再次過篩，直至其達到相應的粒度范圍，效率低，而過篩后的小粒徑粉末 則無法正常使用，只能回收、重新冶煉結晶，效率低，生產成本高，從而由錳粉及其他添加劑 制成的錳添加劑的生產成本也高。
[0007] 另外，為了避免添加劑產品在運輸過程中松散，通常要將添加劑產品壓制成密度 較高的餅狀或球狀，現有的用于鋁合金生產的錳添加劑密度通常大于5. Og/cm3,但是對于 密度較高的添加劑產品，有如下的問題：1、熔解比較緩慢，熔解時間通常為20min以上，熔 解時間長；2、加入鋁熔體的添加劑容易沉底，一旦沉底，一方面會導致錳粉熔解速度減慢， 另一方面會導致錳粉溶解后分散不均勻；3、較密實的添加劑產品在熔解過程中表面會形成 致密的保護膜，從而導致內部無法繼續熔解，這樣就會使回收率（即錳的熔解率）較低。
[0008] 綜上所述，現有錳添加劑熔解于鋁液中時，其熔解時間較長，熔解溫度較高，錳回 收率較低，熔解時間、熔解溫度、錳回收率均有待進一步改善。
【發明內容】
[0009] 本發明要解決的技術問題是提供一種錳含量高，熔解于鋁液中時熔解時間短、熔 解溫度低、錳回收率高的用于鋁合金的錳添加劑。
[0010] 為了解決上述技術問題，本發明提供如下技術方案：一種用于鋁合金的錳添加劑， 其為原料粉末壓制而成的餅狀或橄欖球狀，所述原料包括錳粉、鋁粉、鐵粉和助熔劑，所述 錳粉、鋁粉、鐵粉和助熔劑分別在惰性氣體保護下破碎，還包括表面活性劑，各組分的質量 百分數為：錳粉86% -97%，鋁粉2. 39% -6. 39%，鐵粉0% -6%，助熔劑0.01% -0.05%， 表面活性劑0.5% -2%。其中：
[0011] 1)所述錳粉的粒度分布為325-700目的為35 % -40 %、100-325目的為 40%-45%、60-100目的為5%-15%、10-60目的為0-5%，錳粉的純度大于或等于98% ; [0012] 2)所述鋁粉的粒度分布為60-300目，鋁粉的純度大于或等于98% ;
[0013] 3)所述助熔劑的粒度分布為60-300目，助熔劑的純度大于或等于98% ;
[0014] 所述錳添加劑壓制成型后的密度為3. 0-5. Og/cm3。
[0015] 采用本發明技術方案的錳添加劑，錳粉的含量高達86% -97%，從而錳添加劑熔 解于鋁液中時，引入的雜質含量少，鋁合金的質量好。
[0016] 錳添加劑各成分中，錳是錳添加劑的主元素，錳加入鋁合金中可以起到細化晶粒、 增強鋁合金強度和塑性的作用；鋁粉在錳添加劑壓制的過程中可起到一個粘接粉末的作 用，便于錳添加劑成型，且鋁是鋁合金的主要元素，于錳添加劑中加入鋁粉不會造成雜質的 增加。
[0017] 鐵粉和表面活性劑可起到聚合粉末的作用，實施時，鐵粉和表面活性劑對錳添加 劑原料粉末作用，促使原料粉末在壓力較小的條件下亦能成型，節省能量。另外，錳的密度 為7. 87g/cm3,鋁的密度為2. 7g/cm3,鐵的密度為5. 6g/cm3,助溶劑的密度通常為0. 9-1. lg/ cm3,因此，錳含量越高，密度越大，現有錳添加劑錳含量最高為85 %，而其密度通常最小也 有5. Og/cm3,若進一步減小，則會裂開；然而本發明中，由于鐵粉和表面活性劑的作用，使得 錳添加劑密度在錳含量達86 % -97 %的情況下亦可小至3. 0-5. Og/cm3而不會裂開，因此， 相比現有錳添加劑，本發明的錳添加劑更松散，錳添加劑中各粉末之間的作用力更小，即熔 解分散時需要的能量更少，分散更容易，熔解更容易，即熔解所需的溫度更低，時間更短。
[0018] 其次，本發明錳添加劑熔解于鋁液中時，鐵粉和助熔劑迅速發生放熱反應，釋放出 大量的熱量，使得錳添加劑各粉末顆粒迅速升溫，從而使得錳添加劑更快地熔解于鋁液中， 且由于反應本身會放出大量的熱量，使得錳粉能在較低的溫度下便可溶解于鋁液中，熔解 溫度低，熔解時間短。且鐵粉和表面活性劑可使得錳添加劑粉末逐漸散開，而散開的粉末顆 粒隨及便可溶解于鋁液中，再加上各原料粉末在惰性氣體保護下粉碎，進入粉末內部的氧 少，因此緩慢散開時